一种基于通用接口的多机器人协同控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于通用接口的多机器人协同控制系统，包括控制服务器、扩展通信模块、运动控制模块、自主智能模块和日志服务模块，所述扩展通信模块上设有API接口，所述运动控制模块、自主智能模块和日志服务模块均通过API接口连接控制服务器，待控制的多个机器人也通过API接口连接控制服务器，每个机器人上设有机械执行机构。与现有技术相比，本发明专利技术不依赖于特定的硬件设备，可根据工程需求将控制服务器部署到任意设备上；外围设备适应性强，对多个同类硬件设备，只需设计一套通用API接口即可实现服务器的异步协同控制，便于多机器人的“插拔式”柔性管理；服务的可扩展性、可移植性与抗干扰能力强。植性与抗干扰能力强。植性与抗干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于通用接口的多机器人协同控制系统


[0001]本专利技术涉及一种机器人控制
，尤其是涉及一种基于通用接口的多机器人协同控制系统。

技术介绍

[0002]工程建设行业一直是国民经济的产业巨头之一，在推动国民经济的发展中有着、举足轻重的作用。机械是一项高强度、高危险性工作。机械环境通常非常恶劣，机械粉尘可能导致工人呼吸道与肺部感染；强光可能造成视力损伤；强噪音危害听觉；而辐射、臭氧等的产生带来的影响也不容小觑。尤其是高空作业场景下，危险指数更高。机械是建筑产业中必不可少的一项工艺，但机械行业面临着产能低、招工难、利润低的痛点。为此，需要引入机械机器人缓解机械工人紧缺问题，同时将人从高强度、高危险性的工作中解放出来
[0003]现有的机械机器人大多以单体在线编程为主，因此具有工作范围窄、可移植性差等特点，不符合当今的柔性制造理念；机器人的部分机械执行机构虽然涉及多个机械子单元，但采用嵌入式控制器固化编程，无法适应多变环境，灵活性差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于通用接口的多机器人协同控制系统，通过Flask通信技术实现多机器人设备异步控制，采用工厂函数实现不同工况下控制服务器的快速部署。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于通用接口的多机器人协同控制系统，包括控制服务器、扩展通信模块、运动控制模块、自主智能模块和日志服务模。在扩展通信模块上设有API接口，运动控制模块、自主智能模块和日志服务模块均通过API接口连接控制服务器。待控制的所有机器人也通过API接口连接控制服务器，每个机器人上设有机械执行机构；
[0007]所述控制服务器用于调度各个模块并进行数据管理，还具有独立的GUI控制界面；
[0008]所述运动控制模块包括运动建模单元和轨迹规划单元：所述运动建模单元包含机械执行机构正逆运动学解算运算库，以及D
‑
H参数模型，用以定义机械执行机构的运动学与动力学模型；所述轨迹规划单元包含机械执行机构的路径规划模型，用以定义机械执行机构末端执行器的路径模型；
[0009]所述自主智能模块包括图像采集单元与图像识别单元，所述图像采集单元用以对工作空间进行图像采集，所述图像识别单元用于对工作空间感兴趣物体进行目标检测；
[0010]所述日志服务单元用以记录控制系统的错误和异常。在复杂工况下，机械执行过程中机器人设备可能会发生误动作，这种难以察觉的错误行为会被服务器如实记录，用于操作人员复检。
[0011]进一步地，还包括安全监测模块，该安全监测模块通过API接口连接控制服务器，用于监测到人体或者异物进入机器人运行范围内时，停止机器人工作；防止机器人实际作
业时有人或其他物体非法进入工作空间引发事故，提升人机协同的友好性。
[0012]进一步地，所述扩展通信模块通过Flask异步通信技术连接控制服务器和各个模块。
[0013]进一步地，协同控制系统的构建过程包括：
[0014]S1、结合机器人和工作场景，设计通用API接口并嵌入控制服务器；
[0015]S2、打开控制服务器的硬件并进行部署，启动控制服务器；
[0016]S3、将各个机器人通过网络和API接口连接扩展通信模块；
[0017]S4、设定每个硬件的机械执行机构的机械参数与路径。
[0018]进一步地，所述图像采集单元的构建过程包括：
[0019]A1、图像获取与帧率计算步骤：通过OpenCV库函数cv2.VideoCapture()调用硬件拍摄的资源，通过capture.read()函数截取当前图像帧；
[0020]A2、图像编码步骤：对当前图像帧采用Base64进行格式数据编码；
[0021]A3、图像传输步骤：将图像的Base64编码封装成JSON格式进行传输；
[0022]A4、图像解码步骤：首先从JSON数据包中提取图像的Base64编码，再通过库函数base64.b64decode()将其解码为二进制数据，最后将解码数据以“wb”方式写入指定的图像缓存并输出。
[0023]进一步地，所述图像识别单元的构建过程包括：
[0024]B1、建立感兴趣区域的数据集，所述数据集包括近景、远景、阴影、曝光、遮挡和对抗环境场景下的图像；
[0025]B2、使用开源LabelImg软件对数据集进行人工标注；
[0026]B3、使用Yolov3深度学习网络训练对感兴趣区域的神经网络检测模型，并将其权重文件固化到控制服务器中。
[0027]进一步地，所述图像采集模块包括工业摄像机，以一定的采样频率向控制服务器回传当前工作空间内机械执行机构的实景图像数据。
[0028]进一步地，所述安全监测模块包括红外传感器和蜂鸣器，红外传感器用以人体或者异物是否进入机器人运行范围，所述蜂鸣器用以发出警报。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030]1、本专利技术可以不依赖于特定的硬件设备实现多机器人的协同控制，实现多机器人协同控制的基础是控制服务器，其可根据工程需求部署到任意设备上，当控制精度不高时可采用PC机作为服务器；当控制性能要求较严格时，则需要采用专用高带宽服务器。
[0031]2、本专利技术对多机器人的适应性强，本专利技术将硬件设备抽象为功能化的通信接口，引入新型设备时只需面向该设备按标准设计一套通用接口即可，实现“插拔式”柔性管理；同时，基于控制服务器统一调度，服务的可扩展性与抗干扰能力强。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例的控制系统框图。
[0033]图2为本专利技术实施例的硬件装置连接图。
[0034]图3为本专利技术实施例正常工况下的采集图像。
[0035]图4为本专利技术实施例的安全监测单元硬件电路。
[0036]图5为本专利技术实施例的控制方法流程图。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0038]如图1所示，本实施例提供了一种基于通用接口的多机器人协同控制系统，包括控制服务器、扩展通信模块、运动控制模块、自主智能模块、日志服务模块和安全监测模块。扩展通信模块上设有API接口，扩展通信模块、运动控制模块、自主智能模块、日志服务模块和安全监测模块均通过API接口连接控制服务器。所有待控制的机器人也通过API接口连接控制服务器，每个机器人上设有机械执行机构。本实施例中机器人采用基于ZDevelop控制器的直角坐标式焊接机器人和机械手。
[0039]一、控制服务器
[0040]控制服务器用于调度各个模块并进行数据管理，还具有独立的GUI控制界面。本实施例中，如图2所示，控制服务器采用PC机进行部署，用以调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于通用接口的多机器人协同控制系统，其特征在于，包括控制服务器、扩展通信模块、运动控制模块、自主智能模块和日志服务模块，所述扩展通信模块上设有API接口，所述运动控制模块、自主智能模块和日志服务模块均通过API接口连接控制服务器，待控制的多个机器人也通过API接口连接控制服务器，每个机器人上设有机械执行机构；所述控制服务器用于调度各个模块并进行数据管理；所述运动控制模块包括运动建模单元和轨迹规划单元，所述运动建模单元用以定义机械执行机构的运动学与动力学模型，所述轨迹规划单元用以定义机械执行机构末端执行器的路径模型；所述自主智能模块包括图像采集单元与图像识别单元，所述图像采集单元用以对工作空间进行图像采集，所述图像识别单元用于对工作空间感兴趣物体进行目标检测；所述日志服务单元用以记录控制系统的错误和异常。2.根据权利要求1所述的一种基于通用接口的多机器人协同控制系统，其特征在于，还包括安全监测模块，该安全监测模块通过API接口连接控制服务器，当监测到人体或者异物进入机器人运行范围内时，停止机器人工作。3.根据权利要求1所述的一种基于通用接口的多机器人协同控制系统，其特征在于，所述扩展通信模块通过Flask异步通信技术连接控制服务器和各个模块。4.根据权利要求1所述的一种基于通用接口的多机器人协同控制系统，其特征在于，协同控制系统的构建过程包括：S1、结合机器人和工作场景，设计通用API接口并嵌入控制服务器；S2、打开控制服务器的硬件并进行部署，启动控制服务器；S3、将各个机器人通过网络和API接口连接扩展通信模块；S4、设定每个机器人的机械执行机构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐鹏，杨皓冬，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：